再电离宇宙中的第三族星团

在宇宙的再电离区域，气体只能在暗物质晕成长到足够大质量后才能坍缩形成恒星。如果此类暗物质晕在红移z >~ 20时的微晕前身中恒星形成被阻止，那么这些晕将不会自我富集金属，因此可能孕育第三族恒星形成。我们估算了由此在再电离宇宙中形成的第三族星团丰度的上限，作为红移的函数。根据恒星形成所需的最小暗物质晕质量，在2 <~ z <~ 7范围内，每平方度可能观测到大约1到大约1000个第三族星团。因此，第三族星团的数密度可能足以在詹姆斯·韦伯太空望远镜的深广巡天等巡天项目中被探测到。我们预测，再电离后形成的第三族星团最有可能出现在红移z >~ 3处，且位于质量约为10^11太阳质量的暗物质晕（即红移z ~ 20时孕育首批再电离星系的晕的后裔）约40角秒（约1兆秒差距共动尺度）范围内。如果恒星初始质量函数是上重型的，这些星团可能在莱曼α线和氦II λ1640线上具有足够高的光度，从而被探测到，并能够对第三族恒星初始质量函数施加约束。尽管在红移z <~ 4时，一小部分质量高达约10^9太阳质量的暗物质晕因其前身中恒星形成而未被富集，但星系风带来的外部金属富集很可能阻止了大部分未富集晕中的第三族恒星形成，甚至可能在再电离完成后完全阻止原始晕中的恒星形成。